红外成像系统和操作方法技术方案

本发明专利技术涉及红外成像系统和操作方法。透镜单元(120)表现出纵向色差，并在第一焦平面中将被成像场景聚焦成针对红外范围的第一图像，在第二焦平面中将其聚焦成针对可见范围的第二图像。光学元件(150)对被赋予第一和第二图像的调制传递函数进行操纵以延伸视场深度。图像处理单元(200)可以放大第一和第二图像中的调制传递函数对比度。更改焦平面之间的焦点偏移可以得到补偿。在针对RGBIR传感器的传统途径中，对于同一场景同时提供传统图像和红外图像，红外图像严重离焦；本发明专利技术的途径提供了以延伸的视场深度进行成像，以校正对于红外辐射的离焦问题。可以在没有任何复消色差镜头的情况下实现成像系统。

【技术实现步骤摘要】
红外成像系统和操作方法
本专利技术涉及红外成像技术的领域。一种实施例涉及成像系统，该系统包括具有纵向色差的、未完全受到色彩校正的透镜单元，并包括用于进行捕获后的数字式图像处理的图像处理单元。另一实施例涉及对具有红外成像系统的电子设备进行操作的方法，该系统包括具有纵向色差的、未完全受到色彩校正的透镜单元。
技术介绍
Jeong-HoLyu等人在"IR/ColorCompositeImageSensorwithVIP(VerticallyIntegratedPhotodiodeStructure)",Proceedingsof2007InternationalImageSensorsWorkshop,Pages267-270,2007中描述了一种具有红外敏感光电二极管的图像传感器，这些光电二极管在衬底中埋在传统的光电二极管下方。通过这种图像传感器，不再需要IR(红外)截止滤波器。US2007/0145273A1涉及红外彩色相机，在这些相机中，可见的和非可见的光谱能量选择性地经过色彩滤波器阵列。非可见的光谱能量的空间分布被映射到经校正的彩色图像中可见光谱能量的空间分布。F.Guichard等人在"ExtendedDepth-of-FieldusingSharpnessTransportacrossColourChannels",SPIE,ProceedingsofElectronicImaging,2009中涉及到一种以延伸的视场深度(depthoffield)获得图像的方法，在该方法中，对于给定的物距，RGB图像的至少一个色彩平面包含准焦(in-focus)场景信息。OliverCossairt等人在"SpectralFocalSweep:ExtendedDepthofFieldfromChromaticAberrations",IEEEInternationalConferenceonComputationalPhotography(ICCP),March2010中提供了一种光谱焦点扫描相机，该相机对用具有大的纵向色差的透镜获得的二进制图像展开卷积，从而以经扩展的视场深度恢复图像。Shen.C.H和Chen,HH在"Robustfocusmeasureforlow-contrastimages",InternationalConferenceonConsumerElectronics(ICCE),2006中提出了使用离散余弦变换能量措施来评估焦点和锐度(sharpness)信息。ManuParmar和BrianWandell在"InterleavedImaging:AnImagingSystemDesignInspiredbyRod-ConVision",ProceedingsofSPIE,2009中提出了一种成像架构，该架构由高灵敏度单色像素组来获得灰度图像并由低灵敏度三色像素组来获得彩色图像。在低光照情况下，输出图像的空间信息主要是从灰度图像导出，而在高灵敏度像素已饱和的适光(photopic)条件下，输出图像只由彩色图像导出。在过渡光(mesopic)条件下，输出图像由彩色和灰度图像这二者导出，其中，通过使用距离函数和相似度函数把相邻像素值考虑在内，来更新每个像素值。相似度函数提供了既来自各个色彩图像又来自灰度图像的信息，其中，灰度信息的权重是由相邻像素(当前正在评估该像素的距离和相似度)周围的图像片中已饱和的像素的一部分来确定的。JosepGarcia等人在"Chromaticaberrationanddepthextraction",Proceedingsof15thInternationalConferenceonPatternRecognition,Pages762-765,2000中描述了一种方法，用于提取由色差造成的深度信息以导出自动聚焦信息。S.Chung等人在"RemovingChromaticAberrationbyDigitalImageProcessing",OpticalEngineering,Vol.49(6),June2010中提出了通过对不表现出色差的那些边缘的色彩行为进行分析以评估对于色差信号的范围限制，来消除色差。违反了范围限制条件的像素值被识别成由色差造成的彩色条纹，并由被允许的值来代替。AnatLevin等人在"Imageanddepthfromaconventionalcamerawithacodedaperture",ACMTransactionsonGraphics–ProceedingsofACMSIGGRAPH2007,Volume26,Issue3,July2007中描述了使用经过编码的孔径并利用与孔径形状有关的信息来获得深度信息。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种增强的红外成像系统，用于对图像成分中的至少一种(例如对于红外图像成分)获得扩展的视场深度。该目的是通过独立权利要求的主题来实现的。从属权利要求中分别限定了进一步的实施例。通过下文结合附图对实施例进行的说明，可以更加了解本专利技术的细节和优点。各个实施例的特征可以组合，除非它们彼此排斥。附图说明图1A是根据本专利技术一种实施例的成像系统的示意性框图，该系统包括具有纵向色差的、未受到色彩校正的透镜单元。图1B示出了用于理解图1A的成像系统工作原理的调制传递函数。图1C示出了用于理解图1A的图像处理单元工作原理的滤波器和调制传递函数。图2A是根据本专利技术一种实施例的成像系统的成像单元的示意性剖视图。图2B是根据关于具有仅一个传感器平面的成像传感器单元的实施例的成像单元的示意性剖视图。图2C是根据一种实施例的彩色滤波器单元的示意性平面图。图2D是关于包括相位元件的成像系统的实施例的成像系统的成像单元的示意性剖视图。图2E是关于包括双折射元件的成像系统的实施例的成像系统的成像单元的示意性剖视图。图2F是根据本专利技术一种实施例的双折射元件的示意性俯视图。图2G是根据一种实施例(关于包括孔径元件的成像系统的实施例)的成像单元的示意性剖视图。图2H是根据本专利技术一种实施例的孔径元件的示意性俯视图。图3A是根据一种实施例的成像处理单元的示意性框图，该实施例在每个图像信号路径中都提供逆滤波器。图3B示出的示意图图示了图3A的图像处理单元的功能。图4A是根据一种实施例的图像处理单元的示意性框图，该实施例提供了对于图像信号的加权总和信号有效的逆滤波器。图4B示出的示意图图示了图4A的图像处理单元的功能。图5A是根据一种实施例的图像处理单元的示意性框图，该实施例在每个图像信号路径中提供了逆滤波器，并在成像系统中提供了相位元件。图5B示出的示意图图示了图5A的图像处理单元的功能。图6是根据一种实施例的图像处理单元的示意性框图，该实施例在成像系统中提供了孔径元件。图7是根据关于对红外传感器延伸视场深度的实施例对具有成像系统的电子设备进行操作的方法的简化流程图。具体实施方式为了简化对本文的阅读，作为约定，我们将把可见和红外(IR)辐射光谱的任何子范围称为“色彩”。尤其是，我们将把IR也称为一种色彩，尽管这种命名方式从人类视觉的角度来看是不正确的。例如，仅透射IR光谱范围中的辐射的滤波器也将被称为“色彩滤波器”。图1示出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成像系统，包括：成像单元(100)，其包括：透镜单元(120)，其表现出纵向色差，成像传感器单元(140)，其被配置成从被成像场景生成第一图像信号和至少一个第二图像信号，所述第一图像信号在包含红外范围的第一频率范围中对所述被成像场景进行成像，所述第二图像信号在包含可见范围的第二频率范围中对所述被成像场景进行成像，和光学元件(150)，其被配置成对被赋予所述第一图像信号的第一调制传递函数进行操纵，以延伸所述第一图像信号的视场深度，以及图像处理单元(200)，其被配置成计算输出图像信号，所述输出图像信号包含所述红外范围和/或所述可见范围中与所述被成像场景有关的信息。

【技术特征摘要】
2011.05.02 EP 11003573.01.一种成像系统，包括：成像单元(100)，其包括：透镜单元(120)，其表现出纵向色差，成像传感器单元(140)，其被配置成从场景生成第一图像信号和至少一个第二图像信号，所述第一图像信号在包含红外范围的第一波长范围中对所述场景进行成像，所述第二图像信号在包含可见范围的第二波长范围中对所述场景进行成像，和光学元件(150)，其被配置成通过将第一调制传递函数的值中的至少部分值偏移至更高的值，对被赋予在所述第一波长范围成像所述场景的所述第一图像信号的所述第一调制传递函数进行操纵，以延伸所述第一图像信号的视场深度，使得所述第一调制传递函数的值直至指定空间频率极限没有零值，并且使得被赋予所述至少一个第二图像信号的至少一个第二调制传递函数的值直至所述指定空间频率极限没有零值，以及图像处理单元(200)，其被配置成计算输出图像信号，所述输出图像信号包含所述红外范围和/或所述可见范围中与所述场景有关的信息。2.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述光学元件(150)被配置成对被赋予所述第一图像信号的第一调制传递函数和/或被赋予所述至少一个第二图像信号的第二调制传递函数进行操纵，使得全部的调制传递函数在直至目标频率极限的频率范围内没有零值。3.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述图像处理单元(200)被配置成通过逆滤波处理来放大所述第一图像信号和/或至少一个第二图像信号的调制传递函数。4.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述图像处理单元(200)包括至少一个逆滤波器单元(205)，所述逆滤波器单元(205)被配置成用滤波器函数对所述第一图像信号和所述第二图像信号中的至少一项进行滤波，所述滤波器函数表示对所述成像单元(100)进行描述的点扩散函数的逆。5.根据权利要求4所述的成像系统，其中，所述至少一个逆滤波器单元(205)被配置成施加下述空间滤波器函数：该函数的频率响应是对所述成像单元(100)的成像特性进行描述的模糊函数的频率响应的逆。6.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述图像处理单元(200)包括多于一个逆滤波器单元，每个逆滤波器单元被赋予所述第一图像信号和第二图像信号中的一项。7.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述图像处理单元(200)包括一个逆滤波器单元，所述逆滤波器单元被配置成对于把所述第一图像信号和第二图像信号以预定权重进行叠加所获得的强度信号施压逆滤波器函数。8.根据权利要求4所述的成像系统，其中，相应的逆滤波器函数是对空间变量调制传递函数进行补偿的空间变量逆滤波器函数。9.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述光学元件(150)在所述成像单元(100)的光路中被布置在所述透镜单元(120)的光瞳平面中，所述光学元件(150)被配置成对所述透镜单元(120)的点扩散函数的深度变动进行补偿，以在所述第一波长范围和第二波长范围中对于所述成像单元(100)实现深度不变的点扩散谱。10.根据权利要求9所述的成像系统，其中，所述光学元件(150)是相位元件(152)或包括相位元件。11.根据权利要求9所述的成像系统，其中，所述光学元件(150)是双折射元件(153)或包括双折射元件。12.根据权利要求9所述的成像系统，其中，所述光学元件(150)是孔径元件(154)或包括孔径元件。13.根据权利要求1所述的成像系统，其中，所述光学元件(150)在所述成像单元(100)的光路中被布置在所述透镜单元(120)的光瞳平面中，所述光学元件(150)还被配置成使得被赋予所述第一图像信号的第一调制传递函数和/或被赋予所述至少一个第二图像信号的第二调制传递函数在直至目标频率极限的频率范围内没有零值。14.根据权利要求13所述的成像系统，其中，所述光学元件(150)是相位元件(152)或包括相位元件。15....

【专利技术属性】
技术研发人员：穆罕默德·阿蒂夫，穆罕默德·西迪奎，克利斯汀·昂鲁，马库斯·凯姆，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：